專利名稱：高頻探測結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高頻探測結(jié)構(gòu)，更具體的，本發(fā)明涉及一種用于晶圓級(jí)測試的探針卡。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體制造業(yè)在后端處理中實(shí)施晶圓探針測試以在晶圓切割之前使晶圓上的集成電路(IC)管芯合格和分類。在晶圓探針測試中，使用探針卡，并且將探針卡配置成連接測試儀和所要測試的晶圓。探針卡包括探頭和將探頭與印刷電路板(PCB)電連接的襯底。 在高頻和電源完整性探針測試中，襯底會(huì)引起地彈反射問題和降低探針卡的整個(gè)電性能。 因此，需要探針卡結(jié)構(gòu)及其制造方法以解決以上問題。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明提供了一種用于晶圓級(jí)測試的探針卡，包括空間轉(zhuǎn)換器，所述空間轉(zhuǎn)換器中置入電源線，接地線，和信號(hào)線，其中所述間隔變壓器包括多條導(dǎo)線，所述導(dǎo)線具有在第一表面上的第一間距和在第二表面上的第二間距，所述第二間距基本上小于所述第一間距；印刷電路板，將所述印刷電路板接近所述空間轉(zhuǎn)換器的所述第一表面配置；以及電源層，所述電源層設(shè)置在所述空間轉(zhuǎn)換器的所述第一表面上，并且將所述電源層圖案化，使所述空間轉(zhuǎn)換器的所述電源線和所述接地線與所述印刷電路板連接。根據(jù)本發(fā)明所述的探針卡，其中所述電源層包括銅箔。根據(jù)本發(fā)明所述的探針卡，還包括被配置成使所述空間轉(zhuǎn)換器的所述信號(hào)線與所述印刷電路板連接的焊球。根據(jù)本發(fā)明所述的探針卡，還包括設(shè)置在所述印刷電路板上的額外的電源層，將所述額外的電源層圖案化，使所述額外的電源層與所述空間轉(zhuǎn)換器的所述電源線和所述接地線連接。根據(jù)本發(fā)明所述的探針卡，還包括形成在所述空間轉(zhuǎn)換器上并且與所述空間轉(zhuǎn)換器的所述電源線和所述接地線連接的高頻匹配電路。根據(jù)本發(fā)明所述的探針卡，還包括設(shè)置在所述空間轉(zhuǎn)換器和所述印刷電路板之間的中介層，所述中介層用于將所述空間轉(zhuǎn)換器的所述電源線和所述接地線與所述印刷電路板連接。根據(jù)本發(fā)明所述的探針卡，還包括柔性薄膜電路，所述柔性薄膜電路具有設(shè)置在
4所述印刷電路板和所述中介層之間的第一端；和設(shè)置在所述空間轉(zhuǎn)換器和所述中介層之間
的第二端。根據(jù)本發(fā)明所述的探針卡，還包括柔性薄膜電路，所述柔性薄膜電路具有設(shè)置在所述空間轉(zhuǎn)換器和所述中介層之間的第一端；和設(shè)置在所述印刷電路板的頂表面上的第二端。根據(jù)本發(fā)明所述的探針卡，其中所述印刷電路板包括所述柔性薄膜電路穿過的通孔。根據(jù)本發(fā)明所述的探針卡，還包括多個(gè)針，為了并行地進(jìn)行多個(gè)器件測試，將所述多個(gè)針配置成與半導(dǎo)體晶圓的多個(gè)管芯的接合焊盤對(duì)齊。根據(jù)本發(fā)明所述的一種用于晶圓級(jí)測試的探針卡，包括空間轉(zhuǎn)換器，所述空間轉(zhuǎn)換器中置入了電源線，接地線，和信號(hào)線，其中所述間隔變壓器包括具有第一間距的第一表面和具有第二間距的第二表面，所述第二間距基本上小于所述第一間距；印刷電路板，所述印刷電路板配置為接近所述空間轉(zhuǎn)換器的所述第一表面；以及第一電源層，所述第一電源層設(shè)置在所述空間轉(zhuǎn)換器的所述第一表面上，并且圖案化所述第一電源層，使所述電源線和所述接地線與所述印刷電路板連接；以及第二電源層，所述第二電源層設(shè)置在所述印刷電路板的表面上并且被圖案化，使所述空間轉(zhuǎn)換器的所述電源線和所述接地線與所述印刷電路板連接，其中所述第二電源層與所述第一電源層接合。根據(jù)本發(fā)明所述的探針卡，還包括焊球，所述焊球配置成將所述空間轉(zhuǎn)換器的所述信號(hào)線與所述印刷電路板連接。根據(jù)本發(fā)明所述的探針卡，還包括設(shè)置在所述空間轉(zhuǎn)換器和所述印刷電路板之間的中介層，所述中介層用于使所述空間轉(zhuǎn)換器的所述電源線和接地線與所述印刷電路板連接。根據(jù)本發(fā)明所述的探針卡，還包括柔性薄膜電路，所述柔性薄膜電路具有設(shè)置在所述印刷電路板和所述中介層之間的第一端；和設(shè)置在所述空間轉(zhuǎn)換器和所述中介層之間
的第二端。根據(jù)本發(fā)明所述的一種晶圓測試系統(tǒng)，包括被設(shè)計(jì)用于測試晶圓的探針卡，所述探針卡包括其內(nèi)置入了電源線、接地線、和信號(hào)線的空間轉(zhuǎn)換器，其中所述空間轉(zhuǎn)換器包括多條導(dǎo)線，所述導(dǎo)線具有在第一表面上的第一間距和在第二表面上的第二間距，所述第二間距基本上小于所述第一間距，配置在接近所述空間轉(zhuǎn)換器的所述第一表面的印刷電路板；和設(shè)置在所述空間轉(zhuǎn)換器的所述第一表面上的第一電源層，所述第一電源層被圖案化， 使所述電源線和所述接地線與所述印刷電路板連接；晶圓檢測器，所述晶圓檢測器設(shè)計(jì)成在晶圓測試過程中固定待測試的晶圓和控制所述探針卡；和通過連接電纜與所述探針卡連接的測試儀。根據(jù)本發(fā)明所述的晶圓測試系統(tǒng)，其中所述探針卡還包括形成在所述印刷電路板上并且與所述第一電源層連接的第二電源層。根據(jù)本發(fā)明所述的晶圓測試系統(tǒng)，其中所述探針卡還包括形成在所述空間轉(zhuǎn)換器上并且與所述空間轉(zhuǎn)換器的所述電源線和所述接地線連接的高頻匹配電路。根據(jù)本發(fā)明所述的晶圓測試系統(tǒng)，其中所述探針卡還包括設(shè)置在所述空間轉(zhuǎn)換器和所述印刷電路板之間的中介層，所述中介層用于將所述空間轉(zhuǎn)換器的所述電源線和所述接地線與所述印刷電路板連接。根據(jù)本發(fā)明所述的晶圓測試系統(tǒng)，其中所述探針卡還包括柔性薄膜電路，所述柔性薄膜電路具有設(shè)置在所述印刷電路板和所述中介層之間的第一端；和設(shè)置在所述空間轉(zhuǎn)換器和所述中介層之間的第二端。根據(jù)本發(fā)明所述的晶圓測試系統(tǒng)，其中所述探針卡還包括柔性薄膜電路，所述柔性薄膜電路具有設(shè)置在所述空間轉(zhuǎn)換器和所述中介層之間的第一端；和設(shè)置在所述印刷電路板頂面上的第二端。


當(dāng)結(jié)合附圖進(jìn)行閱讀時(shí)，根據(jù)下面詳細(xì)的描述可以更好地理解本發(fā)明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，根據(jù)工業(yè)中的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐，各種部件沒有被按比例繪制并且僅僅用于說明的目的。實(shí)際上，為了清楚的討論，各種部件的尺寸可以被任意增加或減少。圖I是根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)方面構(gòu)造的晶圓級(jí)測試系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的示意性視圖。圖2是將要被圖I的晶圓級(jí)測試系統(tǒng)測試的半導(dǎo)體晶圓的頂視圖。圖3-圖6和圖9-圖11是示出根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例構(gòu)造的，并入到圖I的晶圓級(jí)測試系統(tǒng)中的探針卡的示意性視圖。圖7和圖8示出根據(jù)各個(gè)實(shí)施例構(gòu)造的，并入到圖6的探針卡中的中介層的示意性視圖。圖12和圖15示出根據(jù)其他實(shí)施例構(gòu)造的，并入到圖6的探針卡中的中介層的示意性視圖。圖13示出并入到圖12或圖15的中介層中的彈簧連接器的3維透視圖。圖14示出并入到圖12或圖15的中介層中的圖13的彈簧連接器的頂視圖。
具體實(shí)施例方式據(jù)了解為了實(shí)施本公開的不同部件，以下描述提供了許多不同的實(shí)施例。以下描述元件和布置的特定實(shí)例以簡化本公開。當(dāng)然這些僅僅是實(shí)例并不打算限定。另外，本公開可能在各個(gè)實(shí)施例中重復(fù)參考數(shù)字和/或字母。這種重復(fù)只是為了簡明的目的且其本身并不指定各個(gè)實(shí)施例和/或所討論的結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。而且，本公開中第一部件形成在第二部件上方包括其中第一部件和第二部件以直接接觸形成的實(shí)施例，并且也可包括其中額外的部件可能形成在第一部件和第二部件之間的實(shí)施例，使得第一部件和第二部件可能不直接接觸。圖I是根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)方面構(gòu)造的晶圓級(jí)測試系統(tǒng)(或晶圓測試系統(tǒng))100的一個(gè)實(shí)施例的示意性視圖。將晶圓級(jí)測試系統(tǒng)100設(shè)計(jì)成在各個(gè)階段測試半導(dǎo)體晶圓102 以用于不同的目的，包括驗(yàn)收測試、表征測試、老化/應(yīng)力測試、或生產(chǎn)測試。進(jìn)一步在圖2 的頂視圖中示出示意性半導(dǎo)體晶圓102。半導(dǎo)體晶圓102包括襯底104，如硅襯底?？蛇x地， 襯底104可以包括其他元素半導(dǎo)體，如鍺。襯底104也可以包括化合物半導(dǎo)體，如硅鍺，碳化硅，砷化鎵，砷化銦，氮化鎵，和磷化銦。襯底104可以包括合金半導(dǎo)體，如硅鍺碳化物，砷磷化鎵，和磷化銦鎵。襯底104可以包括外延層。例如，襯底可以具有覆蓋塊狀半導(dǎo)體的外延層。另外，襯底104可以包括絕緣體上半導(dǎo)體(SOI)結(jié)構(gòu)。例如，襯底可以包括通過方法如注氧隔離(SIMOX)形成的埋氧(BOX)層。襯底104可以包括通過方法如離子注入和/或擴(kuò)散實(shí)施的各種P-型摻雜區(qū)域和 /或n-型摻雜區(qū)域。襯底104中的這些摻雜區(qū)域可以提供各種功能器件或部件，例如金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)晶體管，圖像傳感器，和其組合。襯底104可以包括為了隔離形成在襯底104上的各種器件而設(shè)置的橫向隔離部件。例如，襯底104包括淺溝槽隔離(STI)，形成淺溝槽隔離(STI)的方法包括光刻圖案化法，蝕刻法，和介電材料沉積法。襯底104還可以至少部分地包括組合在一起的多個(gè)圖案化的介電層和圖案化的導(dǎo)電層以形成為了連接各個(gè)P-型和n-型摻雜區(qū)域和其他功能部件而配置的互連。例如，襯底104可以包括一部分多層互連(MLI)結(jié)構(gòu)和設(shè)置在MLI結(jié)構(gòu)中的層間介質(zhì)(ILD)。半導(dǎo)體晶圓102包括多個(gè)通過切割道128分離的管芯111-126。管芯111-126的每一個(gè)都包括具有各種電子部件的集成電路(IC)，配置和連接各種電子部件以形成功能電路或電子器件。在各個(gè)實(shí)施例中，集成電路包括場效應(yīng)晶體管(FET)，發(fā)光二極管(LED)，圖像傳感器，或存儲(chǔ)器器件。在一個(gè)實(shí)施例中，形成在晶圓102的管芯中的集成電路包括數(shù)據(jù)數(shù)率是I千兆/秒或更高的高頻器件，例如藍(lán)牙器件(約2. 4千兆/秒)或3G通信器件 (約2. 4千兆/秒到約6千兆/秒)。管芯111-126的每一個(gè)也包括多個(gè)可以與探針卡建立電連接的接合焊盤(未示出)。通過測試管芯111-126收集各種電參數(shù)。如上所述，管芯111-126在晶圓102上通過多個(gè)切割道(或切割線)128分離。切割道128是將在后續(xù)工藝中被鋸開的晶圓102的區(qū)域，從而使得管芯111-126可以作為IC 管芯分離和封裝。在一個(gè)實(shí)例中，在切割道128中實(shí)施多個(gè)測試鍵。每個(gè)測試鍵包括多個(gè)可以與探針卡建立電連接的測試焊盤。再參考圖1，晶圓測試系統(tǒng)100包括被設(shè)計(jì)成固定晶圓102和操控探針卡132的晶圓檢測器130，使得探針卡132為了測試可以訪問晶圓102并且接觸晶圓102的每個(gè)管芯。 在另一個(gè)實(shí)施例中，公開的晶圓測試系統(tǒng)100可以平行地測試多個(gè)管芯，如一組多個(gè)管芯。 更具體地說，根據(jù)各個(gè)實(shí)施例，晶圓測試系統(tǒng)100平行地測試一組2，4，8，或16個(gè)管芯。晶圓測試系統(tǒng)100包括位于晶圓102上的探針卡132，探針卡132設(shè)置成通過多個(gè)與探針卡132 —體的針134接觸晶圓102。多個(gè)針134電接觸晶圓102的一個(gè)管芯的接合焊盤以提供測試信號(hào)和收集測試結(jié)果。探針卡132提供接口以通過連接電纜138連接晶圓 102和測試模塊(或測試儀)。測試儀136包括電測試電路以提供測試信號(hào)和收集來自晶圓102的測試結(jié)果。測試儀136還包括以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)以控制測試程序；協(xié)調(diào)晶圓檢測器130，探針卡 132，和電測試電路之間的測試事件；以及進(jìn)一步分析測試結(jié)果以評(píng)價(jià)晶圓102。晶圓測試系統(tǒng)100還可以包括測試頭(未示出)以固定探針卡132和實(shí)現(xiàn)晶圓檢測器130對(duì)探針卡132的步進(jìn)控制。晶圓測試系統(tǒng)100還可以包括配置在測試頭和探針卡 132之間的探針接口板或PIB(未示出)。PIB可以提供測試儀136和探針卡132之間的電連接。測試頭，PIB，和探針卡132在測試過程中組裝在一起。晶圓測試系統(tǒng)100可以額外地包括其他部件，例如彈簧接觸組件以實(shí)現(xiàn)或增強(qiáng)晶圓測試系統(tǒng)100。參考圖3，進(jìn)一步描述了探針卡132。探針卡132包括空間轉(zhuǎn)換器140，空間轉(zhuǎn)換器140具有由多層有機(jī)(MLO)材料或多層陶瓷(MLC)材料組成的結(jié)構(gòu)和材料。在一個(gè)實(shí)施例中，MLO材料包括雙馬來酰亞胺三嗪(BT)或玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂層壓板?？臻g轉(zhuǎn)換器 140包括用于電源和信號(hào)互連的各種導(dǎo)線，各種導(dǎo)線形成在MLO或MLC結(jié)構(gòu)中。導(dǎo)線包括設(shè)置在空間轉(zhuǎn)換器140的底部中并且與多個(gè)針134連接的第一部分142。用多個(gè)針134以較小的間距布置和配置導(dǎo)線142的第一部分從而使其與晶圓102的接合焊盤對(duì)齊。在一個(gè)實(shí)施例中，導(dǎo)線142的第一部分的間距的范圍在約30微米和約300微米之間。導(dǎo)線也包括設(shè)置在空間轉(zhuǎn)換器140的頂部的第二部分144。導(dǎo)線144的第二部分與導(dǎo)線142的第一部分連接，而且以大于導(dǎo)線142的第一部分的間距配置導(dǎo)線144的第二部分。在一個(gè)實(shí)施例中， 導(dǎo)線144的第二部分的間距是約Imm或Imm以上?？臻g轉(zhuǎn)換器140提供使布線空間從較小間距轉(zhuǎn)換成較大間距的接口，使得小間距針和接合焊盤為了測試偶合連接可以與大間距觸點(diǎn)連接(因此，將部件140稱為空間轉(zhuǎn)換器)?？臻g轉(zhuǎn)換器140還包括一個(gè)或多個(gè)置入MLO或MLC結(jié)構(gòu)中的導(dǎo)電板146。置入的板146是具有大面積的二維結(jié)構(gòu)。置入的板146被并入在導(dǎo)線中。在一個(gè)實(shí)施例中，置入的板具有多個(gè)層(圖3中未示出)。為了提高電源偶合連接完整性和降低偶合連接電阻，空間轉(zhuǎn)換器140也包括形成在空間轉(zhuǎn)換器140的頂表面上的導(dǎo)電板148。導(dǎo)電板148與電源線和接地線連接。導(dǎo)電板148由金屬形成，如銅箔，并且將導(dǎo)電板148圖案化使其與電源線和接地線合適地連接。探針卡132包括鄰近空間轉(zhuǎn)換器140配置并且與空間轉(zhuǎn)換器140的電源線、接地線和信號(hào)線連接的印刷電路板(PCB) 150。PCB150包括各種導(dǎo)線以提供電互連。用環(huán)氧樹脂材料層壓PCB150，其中導(dǎo)線形成在其中。導(dǎo)線包括設(shè)置在PCB150的底部的第一部分152。 布置導(dǎo)線152的第一部分，使其與空間轉(zhuǎn)換器140的導(dǎo)線144的第二部分對(duì)齊以及連接。導(dǎo)線也包括設(shè)置在PCB150的頂部中并且與連接電纜138的各種電線連接的第二部分154。PCB150還包括一個(gè)或多個(gè)置入的導(dǎo)電板156。置入的板156具有大面積的二維結(jié)構(gòu)。將置入的板154并入到導(dǎo)線中以提高電源和接地線的偶合連接完整性。在一個(gè)實(shí)施例中，置入的板具有多個(gè)層(未示出)。為了進(jìn)一步改進(jìn)電源偶合連接完整性和降低偶合連接電阻，PCB150可以額外地包括形成在PCB150的頂表面上并且與電源和接地線連接的導(dǎo)電板158。導(dǎo)電板158由金屬形成，如銅箔，并且將導(dǎo)電板158圖案化使其與電源和接地線合適地連接。在一個(gè)實(shí)施例中， 為了合適的偶合連接，使導(dǎo)電板158與導(dǎo)電板148類似地圖案化。在一個(gè)實(shí)例中，圖案化導(dǎo)電板158，使得導(dǎo)電板158在幾何和位置上與導(dǎo)電板148匹配，從而實(shí)現(xiàn)有效的偶合連接。 導(dǎo)電板148和158統(tǒng)稱為電源層。在一個(gè)實(shí)施例中電源層包括銅箔。在一個(gè)實(shí)例中，銅箔的厚度在約0. 5oz/ft2和約loz/ft2之間的范圍內(nèi)，其中l(wèi)oz/ft2對(duì)應(yīng)于約34. I微米的物理厚度。在一個(gè)實(shí)施例中，信號(hào)線在PCB150和空間轉(zhuǎn)換器140之間通過點(diǎn)對(duì)點(diǎn)觸點(diǎn)(例如焊球)連接。在一個(gè)實(shí)例中，每個(gè)焊球具有約500微米或500微米以下的接觸面積。導(dǎo)電板148的接觸面積大幅地大于焊球的接觸面積。通過在空間轉(zhuǎn)換器140和PCB150之間實(shí)施導(dǎo)電板148 (或額外地帶有導(dǎo)電板 158)，電源和接地線在PCB150和空間轉(zhuǎn)換器140之間通過大面積的導(dǎo)電板148而不是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)偶合連接(例如，通過焊球)進(jìn)行連接，這樣做提高了電源和接地偶合連接效率并且降低了偶合連接電阻。因此，可以通過晶圓測試系統(tǒng)100恰當(dāng)?shù)販y試高頻器件。隨著偶合連接電阻的大幅降低，減少或消除了與地彈反射問題相關(guān)聯(lián)的測試下降(偏差)和失真現(xiàn)象。根據(jù)各個(gè)實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)地描述探針卡以及PCB150和空間轉(zhuǎn)換器140之間的相應(yīng)偶合連接。圖4是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例中本發(fā)明的各個(gè)方面構(gòu)造的探針卡160的示意性視圖。探針卡160類似于圖3的探針卡132。具體地說，探針卡160包括形成在空間轉(zhuǎn)換器140上的導(dǎo)電板148和形成在PCB150上的導(dǎo)電板158，為了偶合連接效率和降低的電阻，將導(dǎo)電板 148和導(dǎo)電板158設(shè)置在相應(yīng)的表面上并且使其配置成連接空間轉(zhuǎn)換器140和PCB150之間的電源和接地線。接地線可以包括接地線和接地返回線。信號(hào)線通過與PCB150和空間轉(zhuǎn)換器140上的信號(hào)線對(duì)齊的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)觸點(diǎn)(例如焊球162)連接。電源和接地線直接通過利用合適的接合技術(shù)(例如熱接合)的導(dǎo)電板148 和158的接合連接，或間接地通過導(dǎo)電板148和158之間形成的焊球連接。圖5是根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例中本發(fā)明的各個(gè)方面構(gòu)造的探針卡170的示意性視圖。 探針卡170與圖4的探針卡160類似。具體地說，探針卡170包括形成在空間轉(zhuǎn)換器140 上的導(dǎo)電板148和形成在PCB150上的導(dǎo)電板158，為了偶合連接效率和降低的電阻，將導(dǎo)電板148和導(dǎo)電板158設(shè)置在相應(yīng)的表面上并且使其配置成連接空間轉(zhuǎn)換器140和PCB150 之間的電源和接地線。接地線可以包括接地和接地返回線。信號(hào)線通過與PCB150和空間轉(zhuǎn)換器140上的信號(hào)線對(duì)齊的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)觸點(diǎn)(例如焊球162)連接。電源和接地線直接地通過利用合適的接合技術(shù)(例如熱接合)的導(dǎo)電板148 和158的接合連接，或間接地通過導(dǎo)電板148和158之間形成的焊球連接。探針卡170還包括形成在空間轉(zhuǎn)換器140的底表面上并且與空間轉(zhuǎn)換器140的電源線，接地線，和信號(hào)線連接的高頻或射頻(RF)匹配電路172。設(shè)計(jì)RF匹配電路172以調(diào)諧阻抗和/或降低對(duì)測試信號(hào)的RF干擾。在一個(gè)實(shí)施例中，高頻匹配電路包括通過具有特性阻抗的一個(gè)或多個(gè)傳輸線連接電源和負(fù)載的阻抗匹配電路。阻抗匹配電路可以包括一個(gè)或多個(gè)電感器，電容器，或電阻器，阻抗匹配電路被配置成將負(fù)載的阻抗轉(zhuǎn)換成從電源看去的所需阻抗。在另一個(gè)實(shí)施例中，高頻匹配電路也包括其他可操作的以在UHF或SHF頻率范圍中發(fā)揮作用的高頻處理電路。例如，高頻電路可以包括用于提供高頻信號(hào)的振蕩器，用于發(fā)送高頻信號(hào)的射頻(RF)信號(hào)開關(guān)，用于衰減高頻信號(hào)的RF衰減器，用于放大高頻信號(hào)的RF放大器，用于混合多個(gè)信號(hào)以產(chǎn)生具有新頻率的信號(hào)的混頻器，以及用于過濾掉在不需要的頻率范圍內(nèi)的信號(hào)的濾波器。圖6是根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例中本發(fā)明的各個(gè)方面構(gòu)造的探針卡180的示意性視圖。 探針卡180與圖4的探針卡160類似。具體地說，探針卡180包括形成在空間轉(zhuǎn)換器140 上的導(dǎo)電板148和形成在PCB150上的導(dǎo)電板158,將導(dǎo)電板148和導(dǎo)電板158設(shè)置在相應(yīng)的表面上并且使其彼此對(duì)齊。探針卡180還包括配置在空間轉(zhuǎn)換器140和PCB150之間的中介層。為了偶合連接效率和降低的電阻，將中介層182設(shè)計(jì)成提供用于偶合連接空間轉(zhuǎn)換器140和PCB150的接口。參考根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的示意性視圖7，進(jìn)一步詳細(xì)地描述中介層182。中介層182包括被設(shè)計(jì)用于固定中介層182的框架184。在一個(gè)實(shí)施例中，框架184由聚合物材料(例如， 工程塑料)制成。中介層182包括多個(gè)設(shè)置在硅橡膠188或其他合適的材料中的導(dǎo)電部件
9186。導(dǎo)電部件186包括導(dǎo)電材料，例如置入在硅橡膠中的導(dǎo)電粒子/電源。為了合適的接合效果，導(dǎo)電部件186可以還包括形成在導(dǎo)電部件186上的電極凸塊186a。配置導(dǎo)電部件 186，使其與PCB150和空間轉(zhuǎn)換器140的電源線，接地線和信號(hào)線對(duì)齊。中介層182與導(dǎo)電板148和導(dǎo)電板158結(jié)合以提供連接PCB150和空間轉(zhuǎn)換器140的接口，從而降低了電阻和提高了測試完整性?？蛇x地，如根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的各個(gè)方面的示意性視8所示，將中介層182設(shè)計(jì)成包括具有大接觸面積的導(dǎo)電板189，從而與空間轉(zhuǎn)換器的導(dǎo)電板148和PCB150的導(dǎo)電板158連接。導(dǎo)電板189的組成和形成類似于導(dǎo)電部件186。例如，導(dǎo)電部件186包括置入在硅橡膠188中的導(dǎo)電粒子/電源。為了接合效果，導(dǎo)電板189可以還包括形成在導(dǎo)電板 189的表面上的電極凸塊189a。然而，當(dāng)從中介層182的垂直方向看去時(shí)，導(dǎo)電板189被設(shè)計(jì)成具有大接觸面積。導(dǎo)電板189的大接觸面積比導(dǎo)電部件186的相應(yīng)接觸面積大得多。 例如，導(dǎo)電板189的大接觸面積是導(dǎo)電部件186的接觸面積的4倍多。另外，當(dāng)接合在一起時(shí)，將導(dǎo)電板189配置成與導(dǎo)電板148和158對(duì)齊。例如，當(dāng)從中介層182的垂直方向看去時(shí)，導(dǎo)電板189的大接觸面積在導(dǎo)電板148和158的接觸面積內(nèi)。由于導(dǎo)電板189具有大面積，因此提高了接合效率和降低了接觸電阻。圖9是根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例中的本發(fā)明的各個(gè)方面構(gòu)造的探針卡190的示意性視圖。探針卡190與圖6的探針卡180類似。具體地說，探針卡190包括形成在空間轉(zhuǎn)換器 140上的導(dǎo)電板148和形成在PCB150上的導(dǎo)電板158,將導(dǎo)電板148和導(dǎo)電板158設(shè)置在相應(yīng)的表面上并且使其彼此對(duì)齊。探針卡190也包括配置在空間轉(zhuǎn)換器140和PCB150之間的中介層182，為了接合效率和降低的電阻，將中介層182設(shè)計(jì)成提供用于接合空間轉(zhuǎn)換器140和PCB150的接口。探針卡190還包括與中介層182結(jié)合在一起并且被配置成連接PCB150和空間轉(zhuǎn)換器140的一個(gè)或多個(gè)柔性薄膜電路(或柔性印刷電路)192。柔性薄膜電路192包括聚合物材料，例如聚酰亞胺和/或聚酯。柔性薄膜電路192可以包括其中置入了導(dǎo)線的層壓結(jié)構(gòu)。由于材料特征和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，柔性薄膜電路192是機(jī)械上靈活的并且可以彎曲以適合特殊的空間和幾何要求。在本發(fā)明中，如圖9所示，將柔性薄膜電路192配置在中介層182的兩邊，每一邊都以某種方式彎曲，使得一端插入在中介層182和PCB150之間，而另一邊插入在中介層182和空間轉(zhuǎn)換器140之間。因此，通過利用導(dǎo)電板148/158，中介層182，和柔性薄膜電路192使電源和接地線在空間轉(zhuǎn)換器140和PCB150之間以降低的偶合連接電阻有效地連接。柔性薄膜電路192實(shí)現(xiàn)了提供穩(wěn)定的電源信號(hào)傳輸和低電源阻抗水平的電源和接地平面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。圖10是根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例中的本發(fā)明的各個(gè)方面構(gòu)造的探針卡194的示意性視圖。探針卡194類似于圖9的探針卡190。具體地說，探針卡190包括形成在空間轉(zhuǎn)換器 140上的導(dǎo)電板148。將中介層182設(shè)置在空間轉(zhuǎn)換器140和PCB150之間。然而，如圖8所示，探針卡194不包括形成在PCB150上的導(dǎo)電板158。取而代之的是，探針卡194包括一個(gè)或多個(gè)形成在PCB150上的通孔(或開口)。將孔196設(shè)計(jì)成具有合適的位置和幾何形狀， 使得柔性薄膜電路192可以穿過PCB150并且與PCB150的頂表面建立合適的接觸。更具體地說，每個(gè)柔性薄膜電路192都具有與PCB150的頂表面接合的第一端和插入在中介層182 和空間轉(zhuǎn)換器140之間的第二端。通過使用柔性薄膜電路192，導(dǎo)電板148，和中介層182，電源和接地線在空間轉(zhuǎn)換器140和PCB150之間有效地連接。圖11是根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的本發(fā)明的各個(gè)方面構(gòu)造的探針卡200的示意性視圖。 探針卡200類似于圖3-圖6和圖9-圖10中示出的探針卡之一。具體地說，探針卡200包括形成在空間轉(zhuǎn)換器140上的導(dǎo)電板148。探針卡200還可以包括如圖3所示形成在印刷電路板150上的導(dǎo)電板158。探針卡200還可以包括如圖4所示的被配置成接合PCB150和空間轉(zhuǎn)換器140的信號(hào)線的焊球162。探針卡200可以還包括如圖5所示的形成在空間轉(zhuǎn)換器140上并且與空間轉(zhuǎn)換器140的電源和接地線(或額外的信號(hào)線)連接的高頻匹配電路172。探針卡200還可以包括如圖6所示的設(shè)置在PCB150和空間轉(zhuǎn)換器140之間的中介層182以提供有效的偶合連接。探針200還可以包括如圖9所示的被部分包含在PCB150 和中介層182之間的，并且被部分包含在中介層182和空間轉(zhuǎn)換器140之間的柔性薄膜電路192。探針卡200可以可選地包括如圖10所示的部分地插入在空間轉(zhuǎn)換器140和中介層 182之間的，以及部分形成在PCB150的頂表面上的柔性薄膜電路192。在所述的實(shí)施例中，探針卡200還包括與空間轉(zhuǎn)換器140和PCB150整合在一起的針模塊202。針模塊202包括多個(gè)被配置成陣列并且與所要測試的晶圓中的接合焊盤對(duì)齊的針204。針204通過介質(zhì)206固定，如Mylar定位器。在一個(gè)實(shí)例中，針204與一個(gè)晶圓中的接合焊盤對(duì)齊。探針卡200可以平行測試多個(gè)管芯。在本實(shí)施例中，針204與多個(gè)管芯的接合焊盤對(duì)齊，如2，4，8，或16個(gè)管芯。探針卡200還可以包括一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)向板(定位板，未示出)，例如分別配置在空間轉(zhuǎn)換器140之上和之下的頂導(dǎo)向板和底導(dǎo)向板。探針卡200可以額外地包括設(shè)置在針模塊202和底導(dǎo)向板之間的用于固定和空間控制的一個(gè)或多個(gè)間隔(未示出)。圖12示出根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例構(gòu)造的中介層210的示意性視圖。中介層210可以可選地用于探針卡中以代替圖7的中介層182。例如，可以將中介層210結(jié)合在圖6的探針卡180中，圖9的探針卡190中，圖10的探針卡194中。中介層210包括與多個(gè)彈簧連接器214整合在一起的載體212。載體212包括以合適的幾何形狀和尺寸設(shè)計(jì)的塑料材料或其他柔性材料以匹配在空間轉(zhuǎn)換器140和PCB150之間。設(shè)計(jì)彈簧連接器214，使其分別與空間轉(zhuǎn)換器140和PCB150的信號(hào)和電源/接地線對(duì)齊。具體地說，如圖13中所示，每個(gè)彈簧連接器214都包括置入在絕緣柱218中的金屬(或金屬合金)彈簧216。為了合適的載荷力以及與相應(yīng)的信號(hào)線和電源/接地線的合適接觸，金屬彈簧216提供電連接和具有理想的彈性的機(jī)械強(qiáng)度，尤其是當(dāng)空間轉(zhuǎn)換器140 和PCB150具有非平坦表面時(shí)。特別地，可以通過線圈數(shù)，金屬材料，彈簧直徑和彈簧長度設(shè)計(jì)金屬彈簧216以調(diào)整電阻和機(jī)械特性。在一個(gè)實(shí)施例中，金屬彈簧216可以包括具有帶銅鍍層以及鎳/金涂層的銅不銹鋼彈簧芯的結(jié)構(gòu)。絕緣柱218包括彈性材料，例如橡膠、聚合物或Teflon。如頂視14所示，金屬彈簧216置入在絕緣柱218中。在一個(gè)實(shí)施例中，如圖14所示，絕緣柱218是具有外表面218a和內(nèi)表面218b的空心柱。具有彈簧連接器214的中介層210的各個(gè)實(shí)施例具有不同的優(yōu)點(diǎn)。例如，當(dāng)彈簧連接器失靈時(shí)，可以只單獨(dú)更換該彈簧連接器， 而不是更換整個(gè)中介層。可選地，為了增加接觸面積和降低接觸電阻，將中介層210設(shè)計(jì)成包括多個(gè)彈簧連接器，這些彈簧連接器被配置成與空間轉(zhuǎn)換器140和PCB150的電源/接地線連接。如圖15所示，彈簧連接器214包括被配置成陣列并且位于的第一區(qū)域220中的第一子集，第一區(qū)域220與空間轉(zhuǎn)換器140和PCB150的電源線對(duì)齊。類似地，彈簧連接器214包括被配置成另一個(gè)陣列并且位于第二區(qū)域222中的第二陣列，第二區(qū)域222與空間轉(zhuǎn)換器140和 PCB150的接地線對(duì)齊。在另一個(gè)實(shí)例中，將電源/接地區(qū)域220和222中的彈簧連接器214 設(shè)計(jì)成具有大的截面面積以增加接觸面積和降低接觸電阻。因此，本發(fā)明提供了用于晶圓級(jí)測試的探針卡。探針卡包括空間轉(zhuǎn)換器，其中空間轉(zhuǎn)換器中置入了電源線、接地線和信號(hào)線，這里的空間轉(zhuǎn)換器包括各種導(dǎo)線，這些導(dǎo)線在第一表面上具有第一間距而且在第二表面上具有第二間距，第二間距基本上小于第一間距； 接近空間轉(zhuǎn)換器的第一表面配置的印刷電路板；和設(shè)置在空間轉(zhuǎn)換器的第一表面上的電源層，該電源層被圖案化，使電源線和接地線與印刷電路板連接。在一個(gè)實(shí)施例中，電源層包括銅箔。在另一個(gè)實(shí)施例中，探針卡還包括被配置成使電源線與印刷電路板連接的焊球。在又一個(gè)實(shí)施例中，探針卡還包括設(shè)置在印刷電路板上的額外的電源層，將該電源層圖案化以與空間轉(zhuǎn)換器的電源線和接地線連接。探針卡可以額外地包括形成在空間轉(zhuǎn)換器上并且與空間轉(zhuǎn)換器的電源線和接地線連接的高頻匹配電路。在又一個(gè)實(shí)施例中，探針卡包括設(shè)置在空間轉(zhuǎn)換器和印刷電路板之間的中介層，該中介層使空間轉(zhuǎn)換器的電源線和接地線與印刷電路板連接。在又一個(gè)實(shí)施例中，探針卡還包括柔性薄膜電路，該柔性薄膜電路具有設(shè)置在印刷電路板和中介層之間的第一端和設(shè)置在空間轉(zhuǎn)換器和中介層之間的第二端。在可選的實(shí)施例中，柔性薄膜電路具有設(shè)置在空間轉(zhuǎn)換器和中介層之間的第一端；和形成在印刷電路板的頂表面上的第二端。在本實(shí)施例中，印刷電路板包括柔性薄膜電路穿過的通孔。在又一個(gè)實(shí)施例中，為了平行地進(jìn)行多個(gè)器件測試， 探針卡還包括多個(gè)針，將這些針配置成與半導(dǎo)體晶圓的多個(gè)管芯的接合焊盤對(duì)齊。本發(fā)明也提供了用于晶圓級(jí)測試的探針卡的另一個(gè)實(shí)施例。探針卡包括空間轉(zhuǎn)換器，該空間轉(zhuǎn)換器中置入了電源線、接地線和信號(hào)線，其中空間轉(zhuǎn)換器包括具有第一間距的第一表面和具有第二間距的第二表面，第二間距基本上小于第一間距；接近空間轉(zhuǎn)換器的第一表面配置的印刷電路板；和設(shè)置在空間轉(zhuǎn)換器的第一表面上的第一電源層，該電源層被圖案化以使電源線和接地線與印刷電路板連接；和設(shè)置在印刷電路板的表面上的第二電源層，該電源層被圖案化以使電源線和接地線與印刷電路板連接，并且與第一電源層接合。在一個(gè)實(shí)施例中，探針卡還包括焊球，將該焊球配置成使信號(hào)線與印刷電路板連接。在另一個(gè)實(shí)施例中，探針卡還包括設(shè)置在空間轉(zhuǎn)換器和印刷電路板之間的中介層，并且該中介層使空間轉(zhuǎn)換器的電源線和接地線與印刷電路板連接。在進(jìn)一步深化的實(shí)施例中， 探針卡還包括柔性薄膜電路，該柔性薄膜電路具有設(shè)置在印刷電路板和中介層之間的第一端；和設(shè)置在空間轉(zhuǎn)換器和中介層之間的第二端。本發(fā)明也提供了晶圓測試系統(tǒng)的實(shí)施例。晶圓測試系統(tǒng)包括被設(shè)計(jì)用于測試晶圓的探針卡。探針卡包括空間轉(zhuǎn)換器，該空間轉(zhuǎn)換器中置入了電源線、接地線和信號(hào)線，其中空間轉(zhuǎn)換器包括各種導(dǎo)線，這些導(dǎo)線在第一表面上具有第一間距而且在第二表面上具有第二間距，第二間距基本上第一間距；接近空間轉(zhuǎn)換器的第一表面配置的印刷電路板；和設(shè)置在空間轉(zhuǎn)換器的第一表面上的第一電源層，該電源層被圖案化以使電源線和接地線與印刷電路板連接；晶圓測試系統(tǒng)還包括被設(shè)計(jì)用于固定將要測試的晶圓和控制晶圓測試的探針卡的測試檢測器；和通過連接電纜與探針卡連接的測試儀。
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在一個(gè)實(shí)施例中，探針卡還包括形成在印刷電路板上并且與第一電源層連接的第二電源層。在另一個(gè)實(shí)施例中，探針卡還包括形成在空間轉(zhuǎn)換器上并且與空間轉(zhuǎn)換器的電源線和接地線連接的高頻匹配電路。在又一個(gè)實(shí)施例中，探針卡還包括設(shè)置在空間轉(zhuǎn)換器和印刷電路板之間的中介層，該中介層使空間轉(zhuǎn)換器的電源線和接地線與印刷電路板連接。在又一個(gè)實(shí)施例中，探針卡還包括柔性薄膜電路，該柔性薄膜電路具有設(shè)置在印刷電路板和中介層之間的第一端和設(shè)置在空間轉(zhuǎn)換器和中介層之間的第二端。在可選的實(shí)施例中，探針卡還包括柔性薄膜電路，該柔性薄膜電路具有設(shè)置在空間轉(zhuǎn)換器和中介層之間的第一端和形成在印刷電路板的頂表面上的第二端。上面論述了若干實(shí)施例的部件，使得本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以更好地理解以下的詳細(xì)描述。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，可以很容易地使用本發(fā)明作為基礎(chǔ)來設(shè)計(jì)或更改其他用于達(dá)到與這里所介紹實(shí)施例相同的目的和/或?qū)崿F(xiàn)相同優(yōu)點(diǎn)的處理和結(jié)構(gòu)。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員也應(yīng)該意識(shí)到，這種等效構(gòu)造并不背離本發(fā)明的精神和范圍，并且在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以進(jìn)行多種變化、替換以及改變。
權(quán)利要求
1.一種用于晶圓級(jí)測試的探針卡，包括空間轉(zhuǎn)換器，所述空間轉(zhuǎn)換器中置入電源線，接地線，和信號(hào)線，其中所述間隔變壓器包括多條導(dǎo)線，所述導(dǎo)線具有在第一表面上的第一間距和在第二表面上的第二間距，所述第二間距基本上小于所述第一間距；印刷電路板，將所述印刷電路板接近所述空間轉(zhuǎn)換器的所述第一表面配置；以及電源層，所述電源層設(shè)置在所述空間轉(zhuǎn)換器的所述第一表面上，并且將所述電源層圖案化，使所述空間轉(zhuǎn)換器的所述電源線和所述接地線與所述印刷電路板連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的探針卡，其中所述電源層包括銅箔。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的探針卡，還包括被配置成使所述空間轉(zhuǎn)換器的所述信號(hào)線與所述印刷電路板連接的焊球。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的探針卡，還包括設(shè)置在所述印刷電路板上的額外的電源層， 將所述額外的電源層圖案化，使所述額外的電源層與所述空間轉(zhuǎn)換器的所述電源線和所述接地線連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的探針卡，還包括形成在所述空間轉(zhuǎn)換器上并且與所述空間轉(zhuǎn)換器的所述電源線和所述接地線連接的高頻匹配電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的探針卡，還包括設(shè)置在所述空間轉(zhuǎn)換器和所述印刷電路板之間的中介層，所述中介層用于將所述空間轉(zhuǎn)換器的所述電源線和所述接地線與所述印刷電路板連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的探針卡，還包括柔性薄膜電路，所述柔性薄膜電路具有設(shè)置在所述印刷電路板和所述中介層之間的第一端；和設(shè)置在所述空間轉(zhuǎn)換器和所述中介層之間的第二端。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的探針卡，還包括柔性薄膜電路，所述柔性薄膜電路具有設(shè)置在所述空間轉(zhuǎn)換器和所述中介層之間的第一端；和設(shè)置在所述印刷電路板的頂表面上的第~山-~- o
9.一種用于晶圓級(jí)測試的探針卡，包括空間轉(zhuǎn)換器，所述空間轉(zhuǎn)換器中置入了電源線，接地線，和信號(hào)線，其中所述間隔變壓器包括具有第一間距的第一表面和具有第二間距的第二表面，所述第二間距基本上小于所述第一間距；印刷電路板，所述印刷電路板配置為接近所述空間轉(zhuǎn)換器的所述第一表面；以及第一電源層，所述第一電源層設(shè)置在所述空間轉(zhuǎn)換器的所述第一表面上，并且圖案化所述第一電源層，使所述電源線和所述接地線與所述印刷電路板連接；以及第二電源層，所述第二電源層設(shè)置在所述印刷電路板的表面上并且被圖案化，使所述空間轉(zhuǎn)換器的所述電源線和所述接地線與所述印刷電路板連接，其中所述第二電源層與所述第一電源層接合。
10.一種晶圓測試系統(tǒng),包括被設(shè)計(jì)用于測試晶圓的探針卡，所述探針卡包括其內(nèi)置入了電源線、接地線、和信號(hào)線的空間轉(zhuǎn)換器，其中所述空間轉(zhuǎn)換器包括多條導(dǎo)線，所述導(dǎo)線具有在第一表面上的第一間距和在第二表面上的第二間距，所述第二間距基本上小于所述第一間距，配置在接近所述空間轉(zhuǎn)換器的所述第一表面的印刷電路板；和設(shè)置在所述空間轉(zhuǎn)換器的所述第一表面上的第一電源層，所述第一電源層被圖案化， 使所述電源線和所述接地線與所述印刷電路板連接；晶圓檢測器，所述晶圓檢測器設(shè)計(jì)成在晶圓測試過程中固定待測試的晶圓和控制所述探針卡；和通過連接電纜與所述探針卡連接的測試儀。
全文摘要
本發(fā)明提供用于晶圓級(jí)測試的探針卡。探針卡包括其中置入了電源線、接地線、和信號(hào)線的空間轉(zhuǎn)換器，其中所述空間轉(zhuǎn)換器包括各種導(dǎo)線，該導(dǎo)線具有在第一表面上的第一間距和在第二表面上的第二間距，第二間距基本上小于第一間距；接近所述空間轉(zhuǎn)換器的所述第一表面而配置的印刷電路板；和設(shè)置在所述空間轉(zhuǎn)換器的所述第一表面上的電源層，該電源層被圖案化，使所述空間轉(zhuǎn)換器的所述電源線和所述接地線與所述印刷電路板連接。
文檔編號(hào)G01R1/073GK102539851SQ201110329748
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月30日
發(fā)明者洪文興, 郭永炘 申請(qǐng)人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司